اثر جداسازی لیگنین و همی سلولز بر بیوجذب آنزیمی ترکیبات لیگنوسلولزی

همراه با رشد جمعیت در جهان و صنعتی تر شدن کشورها، مصرف انرژی روز به روز در حال افزایش است. از آنجایی که منابع فسیلی موجود در حال کاهش و آلودگی هوای کره زمین، به علت استفاده از این منابع، رو به افزایش می باشد، اهمیت تولید اتانول به عنوان سوختی جایگزین، تجدیدپذیر و پاک در سالهای اخیر افزایش یافته است. مواد لیگنوسلولزی از منابع تجدیدپذیر و ارزان برای تولید اتانول به شمار می آیندکه به مقدار زیاد در دسترس می باشند. در این تحقیق به منظور بهبود بازده ی هیدرولیز و تولید اتانول، پس از پیش فرآوری فیزیکی (خرد کردن)، پیش فرآوری قلیایی با سود 8% (وزنی - حجمی) در سه دمای مختلف (صفر، 25 و 80 درجه سانتیگراد) و به مدت 2 ساعت بر روی چوب های کاج و نارون انجام شد. پیش فرآوری قلیایی با افزایش سطح تماس، کاهش درجه بلورینگی سلولز و نیز استیلی همی سلولز و لیگنین زدایی، ساختار مواد لیگنوسلولزی را اصلاح می کند. برای بررسی تأثیر پیش فرآوری، هیدرولیز آنزیمی نمونه های چوب پیش فرآوری شده و چوب اولیه در دمای 45 درجه سانتیگراد به مدت 72 ساعت برای تولید قند و نیز فرآیند هیدرولیز و تخمیر همزمان در دمای 36 درجه سانتیگراد به مدت 72 ساعت برای تولید اتانول انجام شد. در مرحله ی هیدرولیز آنزیمی از 30 fpu آنزیم سلولاز و60 iuآنزیم بتاگلوکوسیداز به ازای هر گرم سوبسترا استفاده شد. این مقادیر در فرآیند هیدرولیز و تخمیر همزمان به ترتیب برابر با 15 fpu و30 iu به ازای هر گرم سوبسترا بود. عکس های گرفته شده از نمونه ها توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی حاکی از تغییر مورفولوژی و آنالیز ftir آن ها نشان دهنده ی کاهش نظم ساختاری و میزان بلورینگی چوب بر اثر پیش فرآوری قلیایی است. برای هر دو نوع چوب، بیشترین میزان آب جذب شده در آزمایش قابلیت جذب آب، در نمونه های پیش فرآوری شده در دمای صفر درجه سانتیگرادحاصل شد و همچنین پیش فرآوری قلیایی تأثیر به سزایی در افزایش مقاومت نمونه های چوب کاج و نارون پیش فرآوری شده در برابر کاهش ph داشت. در این پژوهش از طریق تست جذب و دفع آنزیمی بطور دقیق تأثیر غیرفعال شدن آنزیم در اثر جذب برگشت ناپذیر بر روی لیگنین و ارتباط آن با راندمان هیدرولیز آنزیمی مورد بررسی قرار گرفت. با این حال روند منطقی میان آنزیم جذب و دفع شده و نتایج حاصل از هیدرولیز آنزیمی مشاهده نشد. برای رفع این مشکل و به منظور کاهش جذب بازگشت ناپذیر آنزیم بر روی لیگنین، ترکیب فعال سطحی غیرقطبی با نام توئین-20 اضافه شد و اثر آن بر افزایش راندمان هیدرولیز آنزیمی و تخمیر مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل از هیدرولیز نشان داد بیشترین بازده ی هیدرولیز چوب های کاج و نارون به ترتیب با مقادیر 7/18 و 5/71% مربوط به نمونه های پیش فرآوری شده در دمای صفر درجه سانتیگراد می باشد. با استفاده از توئین-20 بازده هیدرولیز آنزیمی در نمونه های پیش فرآوری شده در دمای صفر درجه سانتیگرادبرای چوب کاج و 80 درجه سانتیگراد برای چوب نارون، به ترتیب تا 6/19 و 1/80% افزایش یافت. بازده ی تولید اتانول در مرحله ی هیدرولیز و تخمیر همزمان در مورد چوب نارون پیش فرآوری نشده 4/8% بود ولی در نمونه ی پیش فرآوری شده در دمای صفر درجه سانتیگراد این درصد تا 8/45% افزایش یافت. برای چوب کاج پیش فرآوری شده در شرایط مشابه با نارون این افزایش درصد در بازده تولیداتانول از 8 تا 4/16% مشاهده شد. استفاده از توئین-20 بازده تولید اتانول را، تا 9/23 و 3/57% به ترتیب برای چوب های کاج و نارون در هیدرولیز و تخمیر همزمان افزایش داد. بیشترین میزان جذب و دفع آنزیم چوب کاج در حضور توئین-20 به ترتیب 59/49 میلی گرم بر گرم سوبسترا و 1/44% بدست آمد.